Az Ipar 4.0 gyári automatizálási rendszerei jellemzően három szintű berendezésből állnak, amelyek lehetővé teszik a valós idejű kommunikációt és vezérlést:
Területi szinten az I/O modulok, aktuátorok és meghajtók kezelik a gyáron belüli fizikai műveleteket;
Vezérlési szinten a programozható logikai vezérlők (PLC) vagy a számítógépes numerikus vezérlőrendszerek (CNC) felelősek a terepi szintről történő információgyűjtésért és a parancsok kiadásáért a terepre.
Kezelői szinten az emberi{0}}gépi interfész (HMI) eszközök kommunikálnak a kezelőkkel, akik egyidejűleg parancsokat is kiadhatnak.
Minden szint optimalizált hardver- és szoftvermegoldásokat igényel az egyedi tervezési kihívások megoldásához. Ezek közül az ellenőrzési szintű kihívásokat különösen nehéz megoldani.
Ahogy az egyetlen vezérlő által támogatott csomópontok száma folyamatosan növekszik, a vezérlő{0}}szintű eszközök tervezői az általános ipari automatizálási tervezési szempontokon túl speciális kihívásokkal néznek szembe, mint például az energiafogyasztás, a meghosszabbított tápegység élettartama és a megbízhatósági követelmények. Több csomópont támogatása azt jelenti, hogy kevesebb vezérlőre van szükség a teljes üzemi megoldásban, így költséghatékonyabb automatizálási megoldást{2}}hozunk létre. Alternatív megoldásként ezek a további csomópontok az egész üzemben telepíthetők a magasabb szintű automatizálás elérése érdekében. A támogatott csomópontok számának növekedésével azonban a processzor teljesítményének megfelelően kell skáláznia, miközben kellően alacsony energiafogyasztást kell fenntartania a csomagméret növekedésének elkerülése érdekében. Ezenkívül a legtöbb PLC-t ventilátorok nélkül tervezték, így az energiaelvonás kritikus tervezési szempont.
Mivel a PLC-k és a CNC-k egyidejűleg számos csomópontot vagy funkciót vezérelnek egy gyáron belül, működésük valós idejű jellege{0}}kritikus. A pontos időzítést biztosító megoldáshoz két összetevőre van szükség: egy valós idejű operációs rendszerre (RTOS) és az ipari kommunikációhoz szükséges rugalmas, idő{3}}perifériákra. Az RTOS ezekben az eszközökben a döntéshozatal-kezelésére és a késleltetés szabályozására szolgál, biztosítva a kritikus időzítési követelményeknek való megfelelést. A kereskedelmi RTOS-t évek óta széles körben alkalmazzák az ipari vezérlésben, miközben az RT Linux® megoldások iránti érdeklődés folyamatosan nő. Ezek a megoldások biztosítják az ipari automatizálási alkalmazásokhoz szükséges idő-érzékenységet és döntéshozatali-képességeket, miközben kiaknázzák a nagy Linux nyílt forráskódú-közösség előnyeit.
A valós idejű megoldások kommunikációs perifériás részében az elsődleges követelmény az ipari terepibusz-protokollok támogatása olyan módszerrel, amely alacsony késleltetést és rövid protokollciklus-időt biztosít, még a csomópontok számának növelése esetén is. Ez összetettebb kihívássá válik, ha több terepi busz szabványt kell támogatni egyetlen tervezésen belül. A több-protokoll támogatása elengedhetetlen annak biztosításához, hogy a végtermékek kompatibilisek legyenek több olyan szabvánnyal-, mint például az EtherCAT, a PROFINET és az Ethernet/IP-, amelyeket már telepítettek egy gyárban. A több-protokoll támogatásának elérése hardveren (ASIC) keresztül bonyolult, mivel minden protokollnak saját dedikált ASIC-re lehet szüksége, ezért minden támogatott terepi buszhoz külön kártya kialakításra van szükség. A programozható megközelítés leegyszerűsíti ezt a kihívást. Ezekben a megközelítésekben a terepibusz-protokoll-módosítások csak szoftver- vagy firmware-frissítésekkel hajthatók végre.
Ennek a valós idejű{0}}kommunikációs megoldásnak a hatékony elősegítése érdekében a vezérlőknek kiterjedt perifériás interfészekre van szükségük. Ennek az az oka, hogy több rétegben kell kommunikálniuk: a gyári terepibusz-hálózatokkal, az I/O-t összekötő hátlapokkal, aktuátorokkal, meghajtókkal vagy más vezérlőkkel, valamint olyan szerverekkel, amelyek gyári diagnosztikát végeznek adatgyűjtési protokollokon, például OPC UA-n keresztül. Mindez nagyszámú periféria interfészt tesz szükségessé, különösen Ethernet interfészeket. Ezenkívül rugalmas és programozható kommunikációs megoldásra van szükség.
A TMDXIDK5728 Industrial Development Kit (IDK) a Sitara™ AM572x processzorhoz már elérhető a vezérlési szintű gyári automatizálási megoldások kiértékeléséhez. Az AM572x két{5}}magos ARM® Cortex®-A15 processzor ideális ipari alkalmazásokhoz, köszönhetően az ipari hőmérsékleti tartományok támogatásának, az akár 100 000 órás élettartamnak, a valós idejű szoftvertámogatásnak és a kiterjedt perifériáknak-beleértve a kettős PRUSS{{12}PRU-t is. Valós idejű egység-Ipari kommunikációs alrendszer) programozható ipari kommunikációhoz. A TMDXIDK5728 négy Ethernet-portot kínál, amelyek közül kettő potenciálisan egy gigabites kapcsolóból, a másik kettő pedig a PRU-ICSS-ből (alapértelmezett konfiguráció), vagy mind a négy port a PRU-ICSS-ből származik. A TMDXIDK5728 lehetővé teszi a TI legújabb megoldásainak kiértékelését az AM57x-en alapuló ipari terepibusz-protokollokhoz, amelyeket a PRU-ICSS-INDUSTRIAL-SW-n keresztül szállítanak a processzoron-SDK-RTOS-on belül. Ezenkívül a TMDXIDK5728 képes futtatni a Processor-SDK-Linux-RT szoftvercsomagot, amely optimalizált RT Preempt javítást biztosít a TI fő Linux kerneléhez, amely lehetővé teszi a valós idejű ipari automatizálási alkalmazások fejlesztését.